莠去津分子印迹聚合物的合成及其吸附性能

霍佳平， 司士辉， 王颜红， 张 红， 王世成， 林桂凤

(1． 中南大学 化学化工学院，湖南 长沙 410083； 2． 中国科学院 沈阳应用生态研究所，辽宁 沈阳 110015)

莠去津(1)属三嗪类除草剂，至今仍在玉米和谷物的种植中被广泛使用，为环境荷尔蒙的可疑物质[1]。目前对1的检测主要以色谱法为主[2,3]，由于1通常以痕量形式存在于较为复杂的样品中，检测前处理程序较繁琐，背景值偏高。因此，探索一种识别性强、干扰小的富集方法具有十分重要的意义。

分子印迹聚合物(MIPs)已广泛应用到了药学[4]、食品科学[5]和环境学科[6]等领域，通过目标分子与功能分子在交联剂作用下引发聚合，洗脱去目标分子后而形成印迹高聚物。刘伟等[7]以喹诺酮类抗菌药氟哌酸为模板分子，利用本体聚合方法制备了具有特异选择性的氟哌酸分子印迹聚合物，并利用聚砜与氟哌酸分子印迹聚合物共混的方法制备了分子印迹聚合物膜，取得了较好的选择性。朱秋劲等[8]利用分子印迹技术研究了食品中的β-雌二醇人工抗体，低温紫外引发聚合与热聚合对照比较,印迹因子达到1.723。 Bérengère Claude等[9]通过分子印迹膜从植物中对三萜酸进行了选择性的固相萃取研究，萃取率达到98%。基于其原理上的优势，分子印迹以其识别性、专一性等特点可对1进行富集和分离，有较好的实用价值。

本文以1模板分子，甲基丙烯酸(MAA)为功能单体，乙二醇二甲基丙烯酸酯(EDMA)为交联剂，在偶氮二异丁腈(AIBN)的引发作用下，于65 ℃聚合17 h合成了对1有特异识别性能的分子印迹聚合物(2)。用紫外分光光度法探索了1与MAA的最佳比例，研究了2的吸附性能力，并利用高效液相色谱法对2的选择性进行了考察。

1 实验部分

1．1 仪器与试剂

UV-2102C型紫外可见分光光度计(上海尤尼柯仪器有限公司)； Waters 600-2487型高效液相色谱(HPLC)仪；ASE-12固相萃取仪(天津奥特赛思仪器有限公司)。

1， 97%原药，浙江长兴中山第一化工有限责任公司；AIBN，化学纯，天津博迪化工有限公司；MAA，分析纯，天津市瑞金特化学品有限公司；EDMA， 98%，上海晶纯试剂有限公司；甲醇、冰乙酸、丙酮等，分析纯，天津博迪化工有限公司；甲醇，色谱纯，天津市康科德科技有限公司；西玛津，97%原药，浙江中兴化工轻工有限责任公司；二次蒸馏水。

1．2 2的合成

在10 mL硬质试管中加入MAA 154μL， 1 80 mg及甲苯(1．28 mL)，超声混匀使其溶解后加入EDMA 3.04 mL和AIBN 6.96 mg，超声混合均匀，N2吹10 min(除去溶解氧)后密封，于65 ℃聚合17 h得棒状聚合物。用研钵磨碎，过400目筛，用混合溶剂[V(甲醇) ∶V(乙酸)=9 ∶1]洗至紫外检测不到1。继续用甲醇索式抽提洗至中性，用丙酮反复沉降三次以上，除去悬浮粉末得2，于50 ℃真空干燥至恒重备用。

不加1，其余反应条件同上制得空白聚合物2′。

1.3 MAA用量的选择

配制c(1)为2×10-5mol·L-1的甲醇溶液，分别以不同比例逐渐增加MAA的用量，用紫外分光光度法记录其波长扫描的结果。

1．4 2的结合能力测定

取2 20.0 mg置于10 mL具塞三角瓶中，加入不同c(1)的甲醇溶液1 mL，振荡16 h后转移至离心管中离心。取适量上清液测定1的浓度，结合前后c(1)的变化计算2对1的结合量(Q)。

1．5 1的吸附选择性能研究

将干燥的2 20.0 mg置于具塞三角瓶中，加入相同浓度1与西玛津的混合甲醇溶液1 mL，室温下振荡16 h后离心，取上层清液在HPLC上检测各组分的浓度。

1.6 分子印迹固相萃取柱的应用

取2 50 mg干法装柱制得固相萃取柱。分别用甲苯、甲醇和纯水润洗，将c(1)=2×10-8mol·L-1的水溶液100 mL以1 mL·min-1的流速过柱，1用甲醇洗脱。洗脱液用N2吹干并重新定容，用HCLP检测，三个平行样品。

2 结果与讨论

2．1 1与MAA的作用机理

1与MAA以非共价作用力相结合(Scheme 1)。 1分子中的乙氨基和异丙氨基上与N相连的氢离子与MAA形成氢键，形成的具有可逆特性的高聚物，在洗脱后可将分子的结构形成印迹。 反应中，甲苯既作为溶剂又作为致孔剂，在交联剂EDMA和引发剂AIBN存在的条件下，2以网状结构出现。运用化学方法洗脱去1，可以形成具有特殊空穴的支架结构。这种特殊空穴具有记忆能力，存在与目标化合物的特异性吸附作用。

Scheme 1

2.2 MAA的最佳比例

选择MAA为功能单体，按不同比例添加MAA至c(1)=2×10-5mol·L-1的甲醇溶液中，UV分析结果(图1)显示，MAA与1之间的作用使吸光度一定程度地增大。理论上MAA浓度的增加可使1与其之间的作用更加充分，然而，大大过量的未参与组装的MAA可能在空间位阻上阻碍1与功能单体组装的进行；与此同时， MAA浓度过大也可能引起自身分子间的缔合作用，结果令选择性结合位点数反而降低[4]。因此，随着1与MAA的比例不断减小，吸收值在最大吸收波长处呈现先增大后减小的趋势，在1/MAA=1/4时，获得最优的作用效果。

λ/nm图1 1与MAA的作用曲线Figure 1 Effect plot between 1 and MAA

2．3 2对1的结合能力

用方法1．4测定1浓度变化时2对1的结合量，在波长220 nm处用HPLC测试平衡吸附液中1的浓度(图2)。测试浓度从2×10-7mol·L-1到4×10-5mol·L-1不断增大，2对1的结合量也从0.01μmol到0.532μmol增大，当浓度增大到一定程度，2的结合量的增大趋势变小，基本接近饱和,而2′在结合量上变化不大，很快趋于饱和。对于相同浓度的1的甲醇溶液，2的吸附量均明显大于2′，充分表明2的特异性空间结构的存在。2包含有固定空穴，其大小和官能团的排列都与1相匹配，因而选择性高，吸附能力强；2′对1的吸附主要是非特异性吸附，吸附能力较弱，没有选择性。

c/μmol·L-1图2 2和2′的吸附等温曲线*Figure 2 Adsorption isothermals of 2 and 2′*Q=20 mg，结合时间16 h，溶液体积1 mL

分子印迹中常用Scatchard方程[10]评价分子模板聚合物的结合特性，Scatchard方程可表示为：

Q/C(平衡)=(Qmax-Q)/Kd

式中：Kd为结合位点的平衡离解常数；Qmax为结合位点的最大表观结合量；C(平衡)为吸附液中的目标分子的平衡浓度

根据上式，以Q/C(平衡)对Q作图得Scatchard图(图3)。由图3可见，Q/C(平衡)与Q间存在非线性关系，充分表明2对于1存在着不等价的两种结合位点。对数据进行线性相关处理，由直线的斜率和截距可求得结合位点的最大表观吸附量和平衡离解常数，分别为Qmax,1=130.9 nmol·g-1，Kd,1=30.8 nmol·L-1,Qmax,2=540.5 nmol·g-1，Kd,2=450.5 nmol·L-1。印迹聚合物经过研磨过筛，可能使聚合物中的一部分结合位点受到破坏，使结合能力有所下降，影响最大表观结合量的数值。

Q/μmol·g-1图3 2对1的Scatchard曲线Figure 3 Scatchard plot of 2 on 1

2．4 溶剂对结合能力的影响

在聚合反应中，实验探索了甲苯溶剂作为致孔剂对2结合能力作用效果(见表1)。由表1可见，仅用EDMA作为交联剂和溶剂所制备的2，刚性很强，其最大吸附量Qmax仅是甲苯作溶剂制备的2的1/9，由此可见，甲苯在聚合物形成过程中，制造了相对蓬松的表面形态，使其刚性有一定程度的下降，既有利于研磨，又较大程度的改善了吸附能力。

表1 不同反应溶剂的吸附量Table 1 Adsorption quantity of different solvents

2．5 2的选择性表征

以V(甲醇) ∶V(水)=5 ∶5为流动相，流速1.0 mL·min-1，进样量20μL，检测波长220 nm条件下，用HPLC比较了2对1和西马津的选择性。底物原始浓度均为4×10-5mol·L-1(图4,图5)，被2吸附后的溶液中1的峰面积明显降低，而西玛津的峰面积在吸附前后没有明显变化。这充分验证了2对目标分子的专一性识别作用。由于西玛津分子仅具备有1的官能团而不具有相同的空间构型，说明了2并非只对目标化合物的官能团有识别，同时对其立体构型也有区分和选择。

t/min图4 1和西玛津的甲醇溶液*Figure 4 Initial mixture methanol solution of 1 and ametryn*c=4×10-5 mol·L-1

t/min图5 经2吸收过的1和西玛津的甲醇溶液*Figure 5 Mixture methanol solution of 1 and ametryn after the adsorption of 2 *c=4×10-5 mol·L-1

2.6 固相萃取柱的富集作用效果

分子印迹固相萃取柱(MIPs-SPE)对含有c(1)=2×10-8mol·L-1的水样100 mL进行富集(表2)，吸附能力较强，洗脱后可获得89.3%的回收率。

表2 MIPs-SPE的富集作用Table 2 Enrichment effect for MIPs-SPE

3 结论

以莠去津为目标分子，甲基丙烯酸为功能单体，乙二醇二甲基丙烯酸酯为交联剂，AIBN为引发剂，甲苯为溶剂和致孔剂制备的莠去津分子印迹聚合物机械性好，稳定性高，吸附能力在2×10-7mol·L-1至4×10-5mol·L-1间不断增大，且有一定专一性。将其制备成分子印迹固相萃取柱对于水质目标分子的回收率可达到近90%，分离效率较高，具备较好的应用价值。

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